JP2020021676A - Alkaline battery - Google Patents

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庄司 昌史
Masashi Shoji
昌史 庄司
威 大窪
Takeshi Okubo
威 大窪
貴弘 井上
Takahiro Inoue
貴弘 井上
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Abstract

To provide an alkaline battery capable of suppressing liquid leakage.SOLUTION: An alkaline battery includes: a battery case; a power generation element housed in the battery case; and a sealing unit. The sealing unit includes: a negative electrode terminal plate; an anode current collector joined to the negative electrode terminal plate; and a gasket. The gasket has a thin part that has an explosion-proof function at the connecting part that connects a boss part and an outer peripheral part. An inner surface opposing the power generation element of the gasket has a first area where a water-repellent layer is formed and a second area where no water-repellent layer is formed. A second region is located at an outer peripheral side of a first position Q1 on the inner surface of the joint, and Q1 is located on a contact area S between a connection part and a separator or is located at an inner peripheral side of the contact area S and a separation distance from the contact area S is within 1 mm. The first area includes an area that is located at the inner peripheral side of Q1 and whose height based on a bottom of the battery case is equal to or higher than a height H1 of Q1.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、アルカリ乾電池に関する。   The present invention relates to an alkaline battery.

アルカリ乾電池は、開口を有する電池ケースと、電池ケース内に収容された発電要素と、電池ケースの開口を封口する封口ユニットとを備える。封口ユニットは、負極端子板と、負極端子板に接合された負極集電子と、ガスケットとを備える。ガスケットは、負極集電子を貫通させるボス部と、電池ケースの開口端部に接する外周部と、ボス部と外周部とを連結する連結部とを備える。連結部には、防爆機能を有する薄肉部が形成されている。   The alkaline dry battery includes a battery case having an opening, a power generation element housed in the battery case, and a sealing unit for closing the opening of the battery case. The sealing unit includes a negative electrode terminal plate, a negative electrode current collector joined to the negative electrode terminal plate, and a gasket. The gasket includes a boss for penetrating the negative electrode current collector, an outer peripheral portion in contact with the opening end of the battery case, and a connecting portion for connecting the boss and the outer peripheral portion. A thin portion having an explosion-proof function is formed in the connecting portion.

電池が誤用されると、電池内圧が異常上昇することがある。電池内圧が異常上昇すると、連結部が負極端子板に向けて膨らみ、薄肉部に張力がかかり、薄肉部が破断する。これにより、電池内で発生したガスは、負極端子板に形成されたガス抜き孔から電池外に排出される。よって、電池の安全性が確保される。   If the battery is misused, the internal pressure of the battery may rise abnormally. When the battery internal pressure rises abnormally, the connecting portion expands toward the negative electrode terminal plate, tension is applied to the thin portion, and the thin portion breaks. As a result, the gas generated in the battery is discharged out of the battery from the gas vent holes formed in the negative electrode terminal plate. Therefore, the safety of the battery is ensured.

特許文献1は、ポリアミド樹脂のガスケット表面全体を合成ゴムからなる薄膜層で被覆することにより、ガスケットの劣化を防止し、アルカリ乾電池の長期保存特性を向上させるものである。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 discloses that the entire surface of a polyamide resin gasket is covered with a thin film layer made of synthetic rubber to prevent deterioration of the gasket and improve long-term storage characteristics of an alkaline dry battery.

特許文献2は、封口部材の予定破壊箇所を無孔性フィルムで被覆することで、電解液との接触より生じる封口部材の腐食を防止し、予定破壊箇所における機械的強度の低下を抑制するものである。被覆材としては、ビチューメン、脂肪酸ポリアミド、耐アルカリ性ラッカーなどが挙げられている。   Patent Literature 2 discloses that by covering a predetermined breaking point of a sealing member with a non-porous film, corrosion of the sealing member caused by contact with an electrolyte is prevented, and a decrease in mechanical strength at the predetermined breaking point is suppressed. It is. Examples of the coating material include bitumen, fatty acid polyamide, and alkali-resistant lacquer.

特開2014−53299号公報JP 2014-53299 A 特開昭63−202844号公報JP-A-63-202844

アルカリ乾電池が過放電状態に至ると、負極において、集電体を構成する金属(例えば、銅)が溶解するとともに、水素ガスが発生することがある。しかしながら、薄肉部を内周領域に設けることにより、発生した水素ガスを薄肉部を介して透過させることができる。これにより、過放電時の水素ガス発生による内圧上昇は抑制され得る。   When the alkaline dry battery reaches an overdischarged state, the metal (eg, copper) constituting the current collector may be dissolved in the negative electrode, and hydrogen gas may be generated. However, by providing the thin portion in the inner peripheral region, the generated hydrogen gas can be transmitted through the thin portion. Thus, an increase in internal pressure due to generation of hydrogen gas during overdischarge can be suppressed.

しかしながら、過放電状態では、負極活物質は膨張状態にあることから、残存電解液がガスケット方向に移動し、薄肉部により形成されたガスケットの凹部を埋め易い。凹部空間が電解液で完全に埋められているか、少なくとも凹部の内表面が電解液で覆われていると、薄肉部を介した水素透過が電解液によって妨げられ、内圧上昇の抑制効果を阻害し得る。この結果、アルカリ乾電池が漏液に至る虞がある。   However, in the overdischarged state, the negative electrode active material is in an expanded state, so that the remaining electrolyte moves in the gasket direction and easily fills the concave portion of the gasket formed by the thin portion. If the concave space is completely filled with the electrolytic solution or at least the inner surface of the concave portion is covered with the electrolytic solution, hydrogen permeation through the thin portion is hindered by the electrolytic solution, and the effect of suppressing the increase in the internal pressure is hindered. obtain. As a result, the alkaline dry battery may leak.

本発明の一側面は、開口を有する電池ケースと、正極と、負極と、前記正極と前記負極の間に介在するセパレータと、を有し、前記電池ケース内に収容された発電要素と、前記開口を封口する封口ユニットと、を備え、
前記封口ユニットは、負極端子板と、前記負極端子板に接合された負極集電子と、ガスケットと、を備え、
前記ガスケットは、前記負極集電子を貫通させるボス部と、前記電池ケースの開口端部に接する外周部と、前記ボス部と前記外周部とを連結する連結部とを備え、
前記連結部は、防爆機能を有する薄肉部を有し、
前記ガスケットの前記発電要素と対向する内表面に、撥水層が形成されており、
前記ガスケットの前記内表面は、前記撥水層が形成された第1領域と、前記撥水層が形成されていない第2領域を有し、
前記第1領域は、前記薄肉部の内表面を含み、且つ前記連結部における前記内表面上の第1位置Q1よりも内周側に位置し、
前記第2領域は、前記第1位置Q1よりも外周側に位置し、
前記第1位置Q1における前記電池ケースの底部を基準とした前記ボス部の軸方向における高さをH1としたとき、前記第1領域は、前記第1位置Q1よりも内周側に位置し、且つ、前記H1以上の高さに位置する領域を含み、
前記第1位置Q1が、前記連結部と前記セパレータとの前記内表面における接触領域S上に位置するか、または、前記第1位置Q1が前記接触領域Sより内周側に位置し且つ前記第1位置Q1と前記接触領域Sとの離間距離が1mm以内であり、
前記撥水層の水に対する接触角θが、前記ガスケットの水に対する接触角θよりも大きい、アルカリ乾電池に関する。
One aspect of the present invention includes a battery case having an opening, a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a power generation element housed in the battery case, And a closing unit for closing the opening,
The sealing unit includes a negative electrode terminal plate, a negative electrode current collector joined to the negative electrode terminal plate, and a gasket,
The gasket includes a boss portion through which the negative electrode current collector penetrates, an outer peripheral portion in contact with an opening end of the battery case, and a connecting portion that connects the boss portion and the outer peripheral portion,
The connecting portion has a thin portion having an explosion-proof function,
A water-repellent layer is formed on an inner surface of the gasket facing the power generation element,
The inner surface of the gasket has a first region where the water-repellent layer is formed, and a second region where the water-repellent layer is not formed,
The first region includes an inner surface of the thin portion, and is located on an inner peripheral side of a first position Q1 on the inner surface of the connecting portion,
The second region is located on the outer peripheral side of the first position Q1,
When the height in the axial direction of the boss portion with respect to the bottom portion of the battery case at the first position Q1 is H1, the first region is located on the inner peripheral side with respect to the first position Q1, And including a region located at a height equal to or higher than H1;
The first position Q1 is located on a contact area S on the inner surface between the connecting portion and the separator, or the first position Q1 is located on the inner peripheral side of the contact area S and the The distance between the one position Q1 and the contact area S is within 1 mm,
The contact angle theta 1 with respect to water of the water-repellent layer is greater than the contact angle theta 2 with respect to water of the gasket, it relates to an alkaline dry battery.

アルカリ乾電池において、過放電時の水素ガス発生による漏液が抑制される。   In an alkaline dry battery, liquid leakage due to generation of hydrogen gas during overdischarge is suppressed.

本発明の実施形態に係るアルカリ乾電池の内部構造の一例を示す半断面図である。It is a half sectional view showing an example of the internal structure of the alkaline dry battery concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る封口ユニットの構造の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example of the structure of the closure unit concerning the embodiment of the present invention. 各実施例において、ガスケットの内表面に撥水層を形成した領域を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a region where a water-repellent layer is formed on an inner surface of a gasket in each embodiment.

本発明の実施形態に係るアルカリ乾電池は、開口を有する電池ケースと、電池ケース内に収容された発電要素と、電池ケースの開口を封口する封口ユニットとを備える。発電要素は、正極と、負極と、正極と負極の間に介在するセパレータと、を有し、電池ケース内に収容される。封口ユニットは、負極端子板と、負極端子板に接合された負極集電子と、ガスケットと、を備える。ガスケットは、負極集電子を貫通させるボス部と、電池ケースの開口端部に接する外周部と、ボス部と外周部とを連結する連結部とを備える。連結部は、防爆機能を有する薄肉部を有している。   An alkaline dry battery according to an embodiment of the present invention includes a battery case having an opening, a power generating element housed in the battery case, and a sealing unit for closing the opening of the battery case. The power generating element has a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is housed in a battery case. The sealing unit includes a negative electrode terminal plate, a negative electrode current collector joined to the negative electrode terminal plate, and a gasket. The gasket includes a boss for penetrating the negative electrode current collector, an outer peripheral portion in contact with the opening end of the battery case, and a connecting portion for connecting the boss and the outer peripheral portion. The connecting portion has a thin portion having an explosion-proof function.

ガスケットの材料には、例えば6,6−ナイロン、6,10−ナイロン、6,12−ナイロンなどのポリアミド樹脂が用いられる。水素透過性の観点から、6,10−ナイロンまたは6,12−ナイロンを用いることがより好ましい。   As a material of the gasket, for example, polyamide resin such as 6,6-nylon, 6,10-nylon, 6,12-nylon is used. From the viewpoint of hydrogen permeability, it is more preferable to use 6,10-nylon or 6,12-nylon.

ガスケットの発電要素と対向する内表面に、撥水層が形成されている。撥水層の水に対する接触角θは、ガスケットの水に対する接触角θよりも大きい。
撥水層は、ガスケットの内表面の一部の所定領域に設けられる。本実施形態のアルカリ乾電池では、撥水層を形成する領域を、薄肉部の内表面を含む特定の範囲内に制御することで、薄肉部の表面に電解液が付着するのを抑制できる。さらに、過放電により負極が膨張する場合においても、薄肉部の内表面に電解液が存在しない空間を確保できる。過放電により発生した水素ガスは、この空間から薄膜部を介して電池外部に逃げることができるため、水素ガス発生による内圧上昇は抑制される。
A water-repellent layer is formed on the inner surface of the gasket facing the power generating element. The contact angle theta 1 with respect to water of the water-repellent layer is greater than the contact angle theta 2 with respect to water of the gasket.
The water-repellent layer is provided in a predetermined region on a part of the inner surface of the gasket. In the alkaline dry battery of the present embodiment, by controlling the region where the water-repellent layer is formed within a specific range including the inner surface of the thin portion, it is possible to prevent the electrolytic solution from adhering to the surface of the thin portion. Furthermore, even when the negative electrode expands due to overdischarge, a space in which no electrolyte is present can be secured on the inner surface of the thin portion. The hydrogen gas generated by the overdischarge can escape from this space to the outside of the battery via the thin film portion, so that the internal pressure rise due to the generation of the hydrogen gas is suppressed.

撥水層は、連結部の内表面のほか、ボス部の外周壁面および下壁面にも形成され得る。ガスケットの発電要素と対向する内表面は、連結部の内表面、ボス部の外周壁面および下壁面を含む。ガスケットの上記内表面のうち、撥水層が形成される領域を第1領域とし、撥水層が形成されない領域を第2領域とする。   The water-repellent layer can be formed not only on the inner surface of the connecting portion but also on the outer peripheral wall surface and the lower wall surface of the boss portion. The inner surface of the gasket facing the power generating element includes the inner surface of the connecting portion, the outer peripheral wall surface and the lower wall surface of the boss portion. On the inner surface of the gasket, a region where the water-repellent layer is formed is defined as a first region, and a region where the water-repellent layer is not formed is defined as a second region.

第1領域は、薄肉部の内表面を含み、且つ連結部における内表面上の第1位置Q1よりも内周側に位置する領域である。第2領域は、第1位置Q1よりも外周側に位置する領域である。ここで、第1位置Q1は、連結部とセパレータとの接触領域S上にある。あるいは、第1位置Q1が接触領域Sより内周側に位置してもよいが、その場合第1位置Q1と接触領域Sとの離間距離が1mm以内である。したがって、連結部の内表面のうち、セパレータよりも外周側の正極と対向する領域については、撥水層は形成されない。   The first region is a region that includes the inner surface of the thin portion and is located on the inner peripheral side of the first position Q1 on the inner surface of the connecting portion. The second area is an area located on the outer peripheral side of the first position Q1. Here, the first position Q1 is on a contact area S between the connecting portion and the separator. Alternatively, the first position Q1 may be located on the inner peripheral side of the contact area S, but in this case, the distance between the first position Q1 and the contact area S is within 1 mm. Therefore, a water-repellent layer is not formed on a region of the inner surface of the connecting portion that faces the positive electrode on the outer peripheral side of the separator.

ここで、第1位置Q1における電池ケースの底部を基準としたボス部の軸方向における高さをH1とする。第1領域は、第1位置Q1よりも内周側に位置し、且つ、H1以上の高さに位置する領域を含む。なお、以下において、単に「高さ」という場合、電池ケースの底部を基準とした、ボス部の軸方向における高さを指すものとする。   Here, the height in the axial direction of the boss with respect to the bottom of the battery case at the first position Q1 is defined as H1. The first region includes a region located on the inner peripheral side with respect to the first position Q1 and located at a height equal to or higher than H1. In the following, the term “height” simply refers to the height of the boss in the axial direction with respect to the bottom of the battery case.

ガスケットの内表面のうち、セパレータよりも内周側の負極と対向する領域には、撥水層が設けられる領域が存在する。内表面の少なくとも電池ケースの底部を基準としたボス部の軸方向における高さがH1以上となる領域に、撥水層が形成されている。   On the inner surface of the gasket, a region where the water-repellent layer is provided exists in a region facing the negative electrode on the inner peripheral side of the separator. A water-repellent layer is formed on the inner surface at least in a region where the height in the axial direction of the boss with respect to the bottom of the battery case is H1 or more.

過放電などにより正負極活物質が膨張する場合において、正負極活物質によって電解液が押し出され、電解液の液面がガスケット側に向かって上昇する。結果、ガスケットの内表面に電解液が付着し易くなるが、負極と対向する内表面の第1領域には撥水層が設けられているため、電解液が付着し難い。   When the positive and negative electrode active materials expand due to overdischarge or the like, the electrolyte is pushed out by the positive and negative electrode active materials, and the liquid level of the electrolyte rises toward the gasket side. As a result, the electrolyte easily adheres to the inner surface of the gasket, but since the water-repellent layer is provided in the first region on the inner surface facing the negative electrode, the electrolyte hardly adheres.

一方、正極と対向する内表面には撥水層が設けられていないため、押し出された電解液は、撥水層が設けられた負極側よりも、撥水層が設けられていない正極側に移動し、滞留し易い。撥水層を負極側のガスケット内表面に設ける一方、正極側のガスケット内表面には設けないことによって、電解液の正極側への移動が促進され、負極側において、電解液の液面がH1以上に上昇し難くなる。よって、薄肉部の内表面に電解液が存在しない空間を確保することができる。   On the other hand, since the water-repellent layer is not provided on the inner surface facing the positive electrode, the extruded electrolytic solution is more on the positive electrode side where the water-repellent layer is not provided than on the negative electrode side where the water-repellent layer is provided. Easy to move and stay. By providing the water-repellent layer on the inner surface of the gasket on the negative electrode side, but not on the inner surface of the gasket on the positive electrode side, the movement of the electrolytic solution to the positive electrode side is promoted. It becomes difficult to rise above. Therefore, a space in which the electrolyte does not exist can be secured on the inner surface of the thin portion.

この構成により、過放電時に発生し得る水素ガスは薄肉部を介して電池外部に逃げることができ、水素ガス発生による内圧上昇は抑制される。よって、過放電時の漏液が抑制される。   With this configuration, hydrogen gas that can be generated at the time of overdischarge can escape to the outside of the battery via the thin portion, and an increase in internal pressure due to generation of hydrogen gas is suppressed. Therefore, liquid leakage at the time of overdischarge is suppressed.

第1位置Q1よりも内周側に位置する領域であって、高さがH1よりも低い領域に、撥水層を形成してもよい。これにより、電解液は正極側に一層移動し易くなり、薄肉部の内表面に電解液が存在しない空間をより確保し易くなる。   The water-repellent layer may be formed in a region located on the inner peripheral side of the first position Q1 and having a height lower than H1. This makes it easier for the electrolytic solution to move to the positive electrode side, and it is easier to secure a space where no electrolytic solution exists on the inner surface of the thin portion.

例えば、ボス部の外周壁面の一部が電解液に接触し得るように露出している場合でも、外周壁面の少なくとも高さがH1以上の領域には、撥水層を形成する。もちろん、外周壁面の高さがH1よりも低い領域に(より好ましくは、外周壁面の全面に)も、撥水層を形成してもよい。
ガスケットの内表面において、ボス部と連結部との境界位置をPとする。一実施形態(後述の図2を参照)において、撥水層は、連結部の内表面において、境界位置Pを内周端とし、第1位置Q1を外周端とする(例えば、環状の)領域に形成され得る。また、撥水層は、ボス部の外周壁面において、境界位置Pからボス部の外周壁面上の第2位置Q2までの筒状の領域に形成され得る。第2位置Q2の高さをH2とするとき、H2はH1以下である。高さH2はH1より低いことが好ましい。
For example, even when a part of the outer peripheral wall surface of the boss is exposed so as to be able to come into contact with the electrolytic solution, a water-repellent layer is formed at least in a region where the height of the outer peripheral wall surface is equal to or higher than H1. Of course, the water-repellent layer may be formed also in a region where the height of the outer peripheral wall surface is lower than H1 (more preferably, on the entire outer peripheral wall surface).
On the inner surface of the gasket, let P be the boundary position between the boss and the connection. In one embodiment (see FIG. 2 to be described later), the water-repellent layer is a region (for example, annular) in which the boundary position P is the inner peripheral end and the first position Q1 is the outer peripheral end on the inner surface of the connecting portion. Can be formed. In addition, the water-repellent layer may be formed on the outer peripheral wall surface of the boss portion in a cylindrical region from the boundary position P to the second position Q2 on the outer peripheral wall surface of the boss portion. When the height of the second position Q2 is H2, H2 is equal to or less than H1. The height H2 is preferably lower than H1.

また、連結部の内表面側にガスケットの強度を高めるための補強リブを設けることも可能である。その場合、周方向の一部の領域において連結部が厚膜化しており、ボス部と連結部の境界位置Pがボス部の周方向によって変化し得る。周方向の一部において、境界位置Pの高さが、第1位置Q1の高さH1よりも低く、発電要素側に位置する場合や、Q1よりも内周側の一部の領域において、ガスケット内表面の高さがH1よりも低い場合も考えられる。その場合、撥水層は、Q1よりも内周側であってガスケット内表面の高さがH1以上の領域に設けられていればよい。Q1よりも内周側であってガスケット内表面の高さがH1未満の領域には、撥水層を形成しなくてもよい。しかしながら、電解液の正極側への移動を促進させる観点からは、第1位置Q1よりも内周側に位置する領域であって、H1より低い高さの領域にも撥水層を形成することが好ましい。   It is also possible to provide a reinforcing rib on the inner surface side of the connecting portion to increase the strength of the gasket. In that case, the connecting portion is thickened in a part of the circumferential direction, and the boundary position P between the boss portion and the connecting portion may change depending on the circumferential direction of the boss portion. In a part of the circumferential direction, the height of the boundary position P is lower than the height H1 of the first position Q1 and is located on the power generation element side, or in a part of the region on the inner peripheral side with respect to the gasket Q1. It is also conceivable that the height of the inner surface is lower than H1. In this case, the water-repellent layer only needs to be provided in a region on the inner peripheral side with respect to Q1 and the height of the gasket inner surface is equal to or higher than H1. The water-repellent layer may not be formed in a region on the inner peripheral side of Q1 and the height of the gasket inner surface is less than H1. However, from the viewpoint of promoting the movement of the electrolytic solution to the positive electrode side, it is necessary to form the water-repellent layer also in a region located on the inner peripheral side from the first position Q1 and a height lower than H1. Is preferred.

撥水層は、周方向の全周に渡って、上述の関係を満たすように形成されていることが好ましい。   It is preferable that the water-repellent layer is formed so as to satisfy the above relationship over the entire circumference in the circumferential direction.

撥水層としては、水に対する接触角θがガスケットの水に対する接触角θよりも大きく、ガスケット上に形成が可能なものであれば、特に限定されない。撥水層は、耐アルカリ性を有する材料が好ましい。接触角θに対する接触角θの比は、θ/θが0.9以下であることが好ましく、0.75以下がより好ましい。 The water-repellent layer, the contact angle theta 1 with respect to water is greater than the contact angle theta 2 with respect to water of the gasket, as long as it can be formed on the gasket is not particularly limited. The water-repellent layer is preferably made of a material having alkali resistance. The ratio of the contact angle theta 2 to the contact angle theta 1 is preferably θ 2 / θ 1 is 0.9 or less, more preferably 0.75 or less.

例えば、ガスケットに6,12−ナイロン(θ=70°)を用いる場合、θが70°を超えるものを用いることができる。θが90°以上のものがより好ましい。このような材料として、ポリプロピレン(θ=94°)、ビチューメン(θ=105°)、脂肪酸、および、フッ素系樹脂が挙げられる。脂肪酸としては、ステアリン酸(θ=95°)が挙げられる。フッ素系樹脂としては、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)(θ=115°)、四フッ化エチレン重合体(PTFE)(θ=114°)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP)(θ=114°)、四フッ化エチレン−プロピレン共重合体ゴム(FEPM)(θ=105°)、四フッ化エチレン・エチレン共重合体(ETFE)(θ=96°)等を用いることができる。 For example, when using 6,12-nylon (θ 2 = 70 °) for the gasket, a gasket having θ 1 exceeding 70 ° can be used. theta 1 and more preferably not less than 90 °. Examples of such materials include polypropylene (θ 1 = 94 °), bitumen (θ 1 = 105 °), fatty acids, and fluororesins. Fatty acids include stearic acid (θ 1 = 95 °). Examples of the fluorine-based resin include ethylene tetrafluoride-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA) (θ 1 = 115 °), ethylene tetrafluoride polymer (PTFE) (θ 1 = 114 °), and ethylene tetrafluoride. -Propylene hexafluoride copolymer (FEP) (θ 1 = 114 °), ethylene tetrafluoride-propylene copolymer rubber (FEPM) (θ 1 = 105 °), ethylene tetrafluoride / ethylene copolymer ( ETFE) (θ 1 = 96 °) or the like can be used.

第1領域に撥水層を形成するには、接触角θが接触角θよりも大きな撥水材を分散媒に分散させた分散液を調製し、分散液をガスケットの内表面に塗布する方法が可能である。ガスケットをボス部の軸方向に回転させた状態で、分散液をガスケットの内表面に滴下してもよい。滴下量および回転速度を調整することで、撥水層が形成される領域を制御することができる。第2領域を金型等でマスクした状態で分散液を塗布またはスプレーする等の方法により、撥水層を形成してもよい。 To form the water-repellent layer in the first region, the contact angle theta 1 is a dispersion prepared by dispersing to prepare a large water repellent material in the dispersion medium than the contact angle theta 2, coating the dispersion on the inner surface of the gasket A way is possible. The dispersion may be dropped on the inner surface of the gasket while the gasket is rotated in the axial direction of the boss. The region where the water-repellent layer is formed can be controlled by adjusting the drop amount and the rotation speed. The water-repellent layer may be formed by a method such as applying or spraying a dispersion while the second region is masked with a mold or the like.

本実施形態において、アルカリ乾電池の形状および大きさは限定されるものではないが、なかでも単三形(LR6)の実施形態において、水素ガス発生による内圧上昇を抑制し、過放電時の漏液を抑制する効果が大きい。アルカリ乾電池の用途についても限定されるものではないが、特にLEDライトの電源に用いる場合、極低電流でも点灯可能であることから過放電状態に陥っても放電が停止され難い。結果、過放電時に負極活物質がより膨張するために、残存電解液がガスケット方向に移動し、薄肉部により形成された凹部を埋め易く、水素ガス発生による漏液の問題がより生じ易い。本実施形態の撥水層の構成により、過放電時の水素ガス発生による漏液を抑制することができる。   In the present embodiment, the shape and size of the alkaline dry battery are not limited. In particular, in the AA (LR6) embodiment, the internal pressure rise due to the generation of hydrogen gas is suppressed, The effect of suppressing is large. The use of the alkaline dry battery is not limited, but particularly when used as a power supply for an LED light, since it can be lit even at an extremely low current, it is difficult to stop the discharge even in an overdischarge state. As a result, since the negative electrode active material expands more at the time of overdischarge, the remaining electrolyte moves in the gasket direction, easily fills the concave portion formed by the thin portion, and the problem of liquid leakage due to generation of hydrogen gas is more likely to occur. With the configuration of the water-repellent layer of the present embodiment, liquid leakage due to generation of hydrogen gas during overdischarge can be suppressed.

以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について更に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.

図1に、本発明の実施形態に係るアルカリ乾電池100の内部構造の一例を半断面図で示す。図2に、同実施形態に係る封口ユニットの構造の一例を部分断面図で示す。図1および図2(ならびに、後述する図3)では、撥水層11の態様を強調して示すため、撥水層11の膜厚が実際よりも厚く描かれている。   FIG. 1 is a half sectional view showing an example of an internal structure of an alkaline dry battery 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating an example of the structure of the sealing unit according to the embodiment. 1 and 2 (and FIG. 3 to be described later), the water-repellent layer 11 is drawn thicker than it actually is in order to emphasize the mode of the water-repellent layer 11.

有底円筒状の電池ケース1内には、セパレータ4を介して、正極2およびゲル状負極3が収納されている。電池ケース1は、例えばニッケルめっき鋼板を所定形状にプレス成形して得られる。電池ケース1の内面には、導電性被膜を形成してもよい。   The positive electrode 2 and the gelled negative electrode 3 are housed in the bottomed cylindrical battery case 1 via a separator 4. The battery case 1 is obtained, for example, by pressing a nickel-plated steel plate into a predetermined shape. A conductive coating may be formed on the inner surface of the battery case 1.

電池ケース1の開口は、負極端子板5と、負極集電子6と、ガスケット7とが一体に組み立てられた封口ユニット9で密閉されている。負極端子板5は、例えば、ニッケルめっき鋼板やスズめっき鋼板を所定形状にプレス成形して得られる。負極端子板5の周縁部には、ガスケット7の薄肉部8による防爆機能が作動した際にガスを外部に逃がすためのガス抜き孔(図示せず)が設けられている。負極集電子6の端部には、鍔部6aが形成されており、鍔部6aが負極端子板5に溶接で接合されている。負極集電子6は、例えば真鍮の線材を所定寸法の釘形状にプレス加工して得られる。電池ケース1の外周面は、外装ラベル10で被覆されている。   The opening of the battery case 1 is sealed by a sealing unit 9 in which the negative electrode terminal plate 5, the negative electrode current collector 6, and the gasket 7 are integrally assembled. The negative electrode terminal plate 5 is obtained by, for example, press-forming a nickel-plated steel plate or a tin-plated steel plate into a predetermined shape. A gas vent hole (not shown) for letting gas escape to the outside when the explosion-proof function by the thin portion 8 of the gasket 7 is activated is provided in the peripheral portion of the negative electrode terminal plate 5. A flange 6 a is formed at an end of the negative electrode current collector 6, and the flange 6 a is joined to the negative electrode terminal plate 5 by welding. The negative electrode current collector 6 is obtained by, for example, pressing a brass wire into a nail shape having a predetermined dimension. The outer peripheral surface of the battery case 1 is covered with an exterior label 10.

ガスケット7は、ボス部7aと、外周部7bと、ボス部7aと外周部7bとを連結する環状の連結部7cとを有する。ガスケット7のボス部7aには、負極集電子6が貫通されている。ガスケットの外周部7bは、電池ケース1の開口端部に挟まれるように接しており、負極端子板5の周縁にかしめられている。ガスケットの連結部7cは、ボス部7a寄りの内周領域に、防爆機能を有する薄肉部8を有する。薄肉部8における最小厚さは、例えば0.10mm〜0.35mmに設定される。ガスケット7の材質には、例えば6,10−ナイロン、6,12−ナイロンなどのポリアミド樹脂が用いられる。薄肉部8により、連結部7cの発電要素に対向する内表面に凹部が形成されている。   The gasket 7 has a boss 7a, an outer peripheral portion 7b, and an annular connecting portion 7c connecting the boss 7a and the outer peripheral portion 7b. The boss 7 a of the gasket 7 penetrates the negative electrode current collector 6. An outer peripheral portion 7 b of the gasket is in contact with the opening end of the battery case 1 so as to be sandwiched therebetween, and is caulked to the peripheral edge of the negative electrode terminal plate 5. The connecting portion 7c of the gasket has a thin portion 8 having an explosion-proof function in an inner peripheral area near the boss 7a. The minimum thickness of the thin portion 8 is set, for example, to 0.10 mm to 0.35 mm. As a material of the gasket 7, for example, a polyamide resin such as 6,10-nylon and 6,12-nylon is used. Due to the thin portion 8, a concave portion is formed on the inner surface of the connecting portion 7c facing the power generating element.

ガスケット7の内表面には、撥水層11が形成されている。撥水層11は、連結部7cの内表面の位置Q1を外周端とし、ボス部7aと連結部7cとの境界位置Pを内周端とする環状の領域に渡って、連結部7cの内表面を覆っている。撥水層11はまた、ボス部7aの軸方向において、境界位置Pからボス部7aの外周壁面上の位置Q2までの筒状の領域に渡って、ボス部7aの外壁面を覆っている。一方、Q1よりも外周側に位置する連結部7cの内表面には、撥水層は設けられていない。   A water-repellent layer 11 is formed on the inner surface of the gasket 7. The water-repellent layer 11 extends over the annular region having the inner surface position Q1 of the connecting portion 7c as the outer peripheral end and the boundary position P between the boss 7a and the connecting portion 7c as the inner peripheral end. Covering the surface. The water-repellent layer 11 also covers the outer wall surface of the boss 7a in the axial direction of the boss 7a over a cylindrical region from the boundary position P to a position Q2 on the outer peripheral wall surface of the boss 7a. On the other hand, no water-repellent layer is provided on the inner surface of the connecting portion 7c located on the outer peripheral side of Q1.

セパレータ4は、連結部7cと接触領域Sにおいて接触している。図2の例では、位置Q1は、接触領域Sよりも内周に位置し、接触領域Sから離間しているが、離間距離は1mm以内である。位置Q1における、電池ケース1の底部を基準とした高さをH1とする。負極3と対向するガスケットの内表面において、少なくとも高さがH1以上の領域は、撥水層11で覆われている。一方、正極2と対向するガスケットの内表面には、撥水層11は形成されていない。これにより、正負極活物質の膨張により電解液が押し出され、電解液が内表面と接触し易くなる場合においても、電解液は負極側よりも正極側に滞留し易いため、負極側において、電解液の液面の高さはH1以上に上昇し難い。結果、薄肉部8により形成された凹部において、電解液が存在しない空間を確保することができ、漏液が抑制される。   The separator 4 is in contact with the connecting portion 7c in the contact area S. In the example of FIG. 2, the position Q1 is located on the inner periphery of the contact area S and is separated from the contact area S, but the separation distance is within 1 mm. The height at the position Q1 with reference to the bottom of the battery case 1 is H1. On the inner surface of the gasket facing the negative electrode 3, at least a region having a height of H1 or more is covered with the water-repellent layer 11. On the other hand, the water-repellent layer 11 is not formed on the inner surface of the gasket facing the positive electrode 2. Thereby, even when the electrolytic solution is extruded due to the expansion of the positive and negative electrode active materials and the electrolytic solution easily comes into contact with the inner surface, the electrolytic solution is more likely to stay on the positive electrode side than on the negative electrode side. The liquid level of the liquid hardly rises above H1. As a result, in the concave portion formed by the thin portion 8, a space in which the electrolytic solution does not exist can be secured, and the leakage is suppressed.

図2の例では、撥水層11は、ボス部7aの外周壁面において、位置Pから、位置Q1よりも高さが低い位置Q2までの領域に渡って形成されている。これにより、電解液を正極側に滞留させる効果を高めることができ、薄肉部の内表面に電解液が存在しない空間を確保し易くしている。   In the example of FIG. 2, the water-repellent layer 11 is formed on the outer peripheral wall surface of the boss portion 7a from the position P to a position Q2 lower than the position Q1. As a result, the effect of retaining the electrolytic solution on the positive electrode side can be enhanced, and a space in which the electrolytic solution does not exist on the inner surface of the thin portion is easily secured.

また、図2の例では、ガスケットの連結部7cは、内周側よりも外周側が発電要素に近づくように傾いてボス部7aと接続している。このように連結部7cが傾いている場合、連結部7cの内表面の撥水層11が形成される第1領域において、薄肉部8の内表面が最も高さの高い箇所となり得る。このため、負極活物質の膨張により電解液が押し出され、電解液の液面が上昇する場合においても薄肉部8の内表面の凹部空間に電解液が存在しない空間を確保し易い。よって、撥水層11を第1領域に設けることによる効果を発揮し易い。   In the example of FIG. 2, the connecting portion 7c of the gasket is connected to the boss portion 7a so that the outer peripheral side is closer to the power generating element than the inner peripheral side. When the connecting portion 7c is inclined as described above, the inner surface of the thin portion 8 may be the highest point in the first region on the inner surface of the connecting portion 7c where the water-repellent layer 11 is formed. For this reason, even when the electrolytic solution is extruded due to the expansion of the negative electrode active material and the level of the electrolytic solution rises, it is easy to secure a space where the electrolytic solution does not exist in the concave space on the inner surface of the thin portion 8. Therefore, the effect of providing the water-repellent layer 11 in the first region is easily exerted.

また、図2の例では、薄肉部8は、連結部7cのボス部7aに隣接する内周領域に設けられ、連結部7cは、薄肉部8においてボス部7aと接続している。この場合、連結部7cがボス部7aとボス部の軸に対して垂直に接続するか、上述のように内周側よりも外周側が発電要素に近づくように傾いてボス部7aと接続することで、第1領域内において、薄肉部8の内表面が最も高さの高い箇所となる。よって、撥水層11を第1領域に設けることによる効果を発揮し易い。   In the example of FIG. 2, the thin portion 8 is provided in an inner peripheral area adjacent to the boss 7 a of the connecting portion 7 c, and the connecting portion 7 c is connected to the boss 7 a at the thin portion 8. In this case, the connecting portion 7c is connected perpendicularly to the boss portion 7a and the axis of the boss portion, or is connected to the boss portion 7a such that the outer peripheral side is closer to the power generating element than the inner peripheral side as described above. Thus, in the first region, the inner surface of the thin portion 8 is the highest point. Therefore, the effect of providing the water-repellent layer 11 in the first region is easily exerted.

図示例において、スカート角(ガスケットの断面における連結部7c(薄肉部8)の開口側の面と、ボス部の高さ方向とのなす角度)αは、45度以上90度以下が好ましく、50度以上85度以下がより好ましい。   In the illustrated example, the skirt angle (the angle between the opening side surface of the connecting portion 7c (thin portion 8) in the cross section of the gasket and the height direction of the boss portion) α is preferably 45 ° or more and 90 ° or less, and 50 ° or less. It is more preferably at least 85 degrees and not more than 85 degrees.

薄肉部8の幅(連結部7cにおいて、膜厚が最も薄い領域の最外周位置から最内周位置までの距離)は、例えば単三形のアルカリ乾電池の場合、例えば、0.3mm〜1.2mmである。   The width of the thin portion 8 (the distance from the outermost peripheral position to the innermost peripheral position of the thinnest region in the connecting portion 7c) is, for example, 0.3 mm to 1.times. 2 mm.

負極集電子6の胴径は、例えば2.0mm以下が好ましく、1.8mm以下がより好ましい。また、優れた集電性を確保する観点から、負極集電子6の胴径は、1.1mm以上が好ましく、1.15mm以上がより好ましい。   The body diameter of the negative electrode current collector 6 is, for example, preferably 2.0 mm or less, and more preferably 1.8 mm or less. In addition, from the viewpoint of ensuring excellent current collecting performance, the body diameter of the negative electrode current collector 6 is preferably equal to or greater than 1.1 mm, and more preferably equal to or greater than 1.15 mm.

ボス部の外径は、例えば3.0mm〜4.5mmが好ましい。なお、ガスケットの外周部7bの外径は、電池サイズにより決定される。   The outer diameter of the boss is preferably, for example, 3.0 mm to 4.5 mm. The outer diameter of the outer peripheral portion 7b of the gasket is determined by the size of the battery.

負極集電子6とボス部7aとの間には、封止剤を介在させてもよい。封止剤により、負極集電子とボス部との間からのアルカリ電解液の漏液が発生しにくくなる。封止剤には、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドアミンが添加されたエポキシ樹脂などを用いることができる。   A sealant may be interposed between the negative electrode current collector 6 and the boss 7a. The sealing agent makes it difficult for the alkaline electrolyte to leak from between the negative electrode current collector and the boss. As the sealant, a silicone resin, a fluorine resin, an epoxy resin to which polyamidoamine is added, or the like can be used.

以下、アルカリ乾電池の発電要素の具体的な構成について更に説明する。
正極2には、例えば、正極活物質、導電剤およびアルカリ電解液を含む混合物の成形体が用いられる。混合物には、ポリエチレン粉末などの結着剤、ステアリン酸塩などの滑沢剤を添加してもよい。正極活物質には、二酸化マンガン粉末、オキシ水酸化ニッケル粉末などが用いられる。導電剤には、黒鉛粉末などが用いられる。
Hereinafter, the specific configuration of the power generating element of the alkaline dry battery will be further described.
For the positive electrode 2, for example, a molded product of a mixture containing a positive electrode active material, a conductive agent, and an alkaline electrolyte is used. Binders such as polyethylene powder and lubricants such as stearates may be added to the mixture. Manganese dioxide powder, nickel oxyhydroxide powder, or the like is used as the positive electrode active material. Graphite powder or the like is used as the conductive agent.

ゲル状負極3には、例えば、負極活物質、アルカリ電解液およびゲル化剤を含む混合物が用いられる。負極活物質には、亜鉛合金粉末が用いられる。ゲル化剤には、ポリアクリル酸ナトリウムなどが用いられる。混合物には、亜鉛合金の耐食性を向上させるために、インジウム、ビスマスなどの水素過電圧の高い金属化合物や界面活性剤を添加してもよい。   For the gelled negative electrode 3, for example, a mixture containing a negative electrode active material, an alkaline electrolyte and a gelling agent is used. A zinc alloy powder is used for the negative electrode active material. As the gelling agent, sodium polyacrylate or the like is used. In order to improve the corrosion resistance of the zinc alloy, a metal compound having a high hydrogen overvoltage such as indium or bismuth or a surfactant may be added to the mixture.

セパレータ4には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体とする不織布が用いられる。   For the separator 4, for example, a nonwoven fabric mainly composed of polyvinyl alcohol fiber and rayon fiber is used.

正極2、ゲル状負極3およびセパレータ4は、それぞれがアルカリ電解液を含んでいる。アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウムを30〜40質量%含有し、酸化亜鉛を1〜3質量%含有する水溶液が用いられる。   Each of the positive electrode 2, the gelled negative electrode 3, and the separator 4 contains an alkaline electrolyte. As the alkaline electrolyte, for example, an aqueous solution containing 30 to 40% by mass of potassium hydroxide and 1 to 3% by mass of zinc oxide is used.

以下、本発明の実施形態について実施例に基づいて更に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。ここでは、図1に示されるような構造の単3形のアルカリ乾電池を作製した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described based on examples, but the present invention is not limited to the examples. Here, an AA alkaline battery having a structure as shown in FIG. 1 was manufactured.

《実施例1》
(1)封口ユニットの作製
金型を用いて6,12−ナイロンを所定形状に射出成形して薄肉部8を有するガスケット7を作製した。薄膜化していない領域の連結部7cの厚みは0.75mmであり、薄肉部の最も薄い最小厚さは0.22mmであった。薄肉部の厚みが0.22mmの領域の径方向における幅は、0.45mmであった。ガスケット7の連結部7cの開口側の面に補強リブは形成しなかった。スカート角αは78度であった。
<< Example 1 >>
(1) Production of Sealing Unit A gasket 7 having a thin portion 8 was produced by injection molding 6,12-nylon into a predetermined shape using a mold. The thickness of the connecting portion 7c in the region not thinned was 0.75 mm, and the thinnest minimum thickness of the thin portion was 0.22 mm. The width in the radial direction of the region where the thickness of the thin portion was 0.22 mm was 0.45 mm. No reinforcing rib was formed on the opening side surface of the connecting portion 7c of the gasket 7. The skirt angle α was 78 degrees.

撥水材を分散媒に分散させた分散液を調製し、分散液をガスケットの内表面の所定領域に塗布後、乾燥させ、撥水層を形成した。撥水層を形成する領域、および、分散液の調製に用いられる分散媒については、後述する。   A dispersion in which a water-repellent material was dispersed in a dispersion medium was prepared, and the dispersion was applied to a predetermined region on the inner surface of a gasket, and then dried to form a water-repellent layer. The region for forming the water-repellent layer and the dispersion medium used for preparing the dispersion will be described later.

銅含有量58質量%の真鍮を、全長30mm、胴径1.20mmの釘形状に加工して負極集電子6を作製した。厚さ0.4mmのニッケルめっき鋼板を所定形状にプレス加工して負極端子板5を作製し、負極集電子6の鍔部6aを負極端子板5に溶接した。そして、ガスケット7のボス部7aの中空部分に負極集電子6を圧入して、封口ユニット9を組み立てた。   Brass with a copper content of 58% by mass was processed into a nail shape with a total length of 30 mm and a body diameter of 1.20 mm to produce a negative electrode current collector 6. A 0.4 mm thick nickel-plated steel plate was pressed into a predetermined shape to produce a negative electrode terminal plate 5, and a flange 6 a of the negative electrode current collector 6 was welded to the negative electrode terminal plate 5. Then, the negative electrode current collector 6 was press-fitted into the hollow portion of the boss 7a of the gasket 7, and the sealing unit 9 was assembled.

(2)正極の作製
平均粒径35μmの電解二酸化マンガン粉末と平均粒径15μmの黒鉛粉末とを94:6の質量比で混合し、混合物100質量部に対してアルカリ電解液を2質量部添加し、充分に攪拌した後、圧縮成形して、フレーク状の正極合剤を得た。フレーク状の正極合剤を顆粒状に粉砕した後、中空円筒状ペレットに加圧成形し、得られた成形体を正極2とした。
(2) Preparation of Positive Electrode Manganese dioxide powder having an average particle size of 35 μm and graphite powder having an average particle size of 15 μm were mixed at a mass ratio of 94: 6, and 2 parts by mass of an alkaline electrolyte was added to 100 parts by mass of the mixture. After sufficiently stirring, the mixture was compression-molded to obtain a flake-shaped positive electrode mixture. The flake-shaped positive electrode mixture was pulverized into granules, and then pressed into hollow cylindrical pellets.

アルカリ電解液には、35質量%の水酸化カリウムと2質量%の酸化亜鉛とを含有する水溶液を用いた。   As the alkaline electrolyte, an aqueous solution containing 35% by mass of potassium hydroxide and 2% by mass of zinc oxide was used.

(3)負極の調製
ゲル化剤(ポリアクリル酸ナトリウム粉末)と、アルカリ電解液と、平均粒径160μmの亜鉛合金粉末とを、質量比0.8:33.6:65.6で混合し、ゲル状負極3を得た。
(3) Preparation of Negative Electrode A gelling agent (sodium polyacrylate powder), an alkaline electrolyte, and a zinc alloy powder having an average particle diameter of 160 μm were mixed at a mass ratio of 0.8: 33.6: 65.6. Thus, a gelled negative electrode 3 was obtained.

(4)電池の組み立て
正極2を電池ケース1内に挿入し、加圧治具により正極2を電池ケース1の内壁に密着させた。正極2の中空に有底円筒形のセパレータ4を配置した。セパレータ4には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体とする不織布を用いた。セパレータ4内にアルカリ電解液を注入して所定時間経過後、ゲル状負極3をセパレータ4内に充填した。封口ユニットのガスケットの外周部を電池ケース1の開口付近に配置し、電池ケース1の開口端部を内方へ折り曲げて封口し、電池を完成させた。
(4) Assembly of Battery The positive electrode 2 was inserted into the battery case 1, and the positive electrode 2 was brought into close contact with the inner wall of the battery case 1 using a pressing jig. A bottomed cylindrical separator 4 was disposed in the hollow of the positive electrode 2. As the separator 4, a nonwoven fabric mainly composed of polyvinyl alcohol fiber and rayon fiber was used. After a predetermined time had passed after the alkaline electrolyte was injected into the separator 4, the gelled negative electrode 3 was filled in the separator 4. The outer periphery of the gasket of the sealing unit was placed near the opening of the battery case 1, and the opening end of the battery case 1 was bent inward to seal the battery, thereby completing the battery.

(5)評価
電池を120個作製し、4個の電池を直列接続した組を30組ずつ準備した。
直列接続した4個の電池を、負荷(LEDライト)に接続した。LEDが発光しなくなるまで負荷に接続した状態で放置し、電池を放電させた。
(5) Evaluation 120 batteries were prepared, and 30 sets of four batteries connected in series were prepared.
Four batteries connected in series were connected to a load (LED light). The battery was discharged by leaving it connected to the load until the LED stopped emitting light.

放電後の電池を室温環境中に12週間保存した後、漏液の有無を調べた。4個の電池のうち、1個でも漏液が観測された場合、漏液有りと評価した。漏液評価を、30組についてそれぞれ行い、漏液有りと評価された組の30組に対する割合を求め、漏液率として評価した。   After the discharged battery was stored in a room temperature environment for 12 weeks, the presence or absence of liquid leakage was examined. When liquid leakage was observed in at least one of the four batteries, it was evaluated that there was liquid leakage. The liquid leakage was evaluated for each of the 30 sets, and the ratio of the set evaluated as having the liquid leakage to the 30 sets was determined and evaluated as the liquid leakage rate.

漏液率の評価においては、撥水材、および、撥水層を形成した第1領域の組み合わせが異なる封口ユニット9を作製し、作製した電池のそれぞれについて漏液率を評価した。   In the evaluation of the liquid leakage rate, a sealing unit 9 having a different combination of the water repellent material and the first region on which the water repellent layer was formed was produced, and the liquid leakage rate was evaluated for each of the produced batteries.

各実施例で用いた撥水材と、その水に対する接触角θを下記に示す。なお、ガスケットを構成する6,6−ナイロンの水に対する接触角θ=70°である。
PTFE: θ=114°
FEP: θ=114°
ビチューメン: θ=105°
ポリプロピレン: θ=94°
クロロスルホン化ポリエチレン(PE): θ=80°
A water-repellent material used in each example, shows a contact angle theta 1 with respect to the water below. Note that the contact angle of water of 6,6-nylon constituting the gasket with water is θ 2 = 70 °.
PTFE: θ 1 = 114 °
FEP: θ 1 = 114 °
Bitumen: θ 1 = 105 °
Polypropylene: θ 1 = 94 °
Chlorosulfonated polyethylene (PE): θ 1 = 80 °

PTFEまたはFEPを撥水材に用いる場合、エチルノナフルオロイソブチルエーテル、エチルノナフルオロブチルエーテル、およびイソプロパノールの混合溶媒に、撥水材を添加した分散液を調製し、撥水層を形成した。
ビチューメンを撥水材に用いる場合、キシレンに撥水材を添加した分散液を調製し、撥水層を形成した。
ポリプロピレンを撥水材に用いる場合、イソプロパノールおよび水の混合溶媒に、撥水材を添加した分散液を調製し、撥水層を形成した。
クロロスルホン化ポリエチレンを撥水材に用いる場合、トリクロロエタンおよびエチレングリコールモノブチルエーテルの混合溶媒に、撥水材を添加した分散液を調製し、撥水層を形成した。
When PTFE or FEP was used for the water-repellent material, a dispersion was prepared by adding a water-repellent material to a mixed solvent of ethyl nonafluoroisobutyl ether, ethyl nonafluorobutyl ether, and isopropanol to form a water-repellent layer.
When bitumen was used as the water-repellent material, a dispersion was prepared by adding a water-repellent material to xylene to form a water-repellent layer.
When polypropylene was used for the water-repellent material, a dispersion was prepared by adding a water-repellent material to a mixed solvent of isopropanol and water to form a water-repellent layer.
When chlorosulfonated polyethylene was used for the water-repellent material, a dispersion was prepared by adding a water-repellent material to a mixed solvent of trichloroethane and ethylene glycol monobutyl ether to form a water-repellent layer.

また、比較のため、撥水材の代わりに親水性のポリビニルアルコール(PVA)(θ=36°)をガスケット内表面の所定領域に塗布形成した封口ユニット9を作製し、漏液率を評価した。分散液としては、PVA水溶液を用いた。 Further, for comparison, a sealing unit 9 was prepared in which hydrophilic polyvinyl alcohol (PVA) (θ 1 = 36 °) was applied to a predetermined region on the inner surface of the gasket instead of the water repellent material, and the liquid leakage rate was evaluated. did. As the dispersion, an aqueous PVA solution was used.

各実施例および各比較例において、撥水層を形成した第1領域は、図3(a)〜(j)に示す10通りとした。図3(a)では、撥水層を形成しなかった。図3(b)では、薄肉部8の内表面のみに撥水層を形成した。図3(f)〜(h)が、実施例の撥水層の配置に対応する。
図3(c)〜(i)では、撥水層を、連結部の内表面であって、ボス部との境界位置Pを内周端とし第1位置Q1を外周端とする環状領域に形成した。加えて、図3(d)〜(i)では、撥水層を、境界位置Pからボス部の外周壁面上の第2位置Q2までの高さを有する筒状の領域に形成した。
In each of the examples and the comparative examples, the first region in which the water-repellent layer was formed had ten patterns as shown in FIGS. In FIG. 3A, no water-repellent layer was formed. In FIG. 3B, a water-repellent layer is formed only on the inner surface of the thin portion 8. FIGS. 3F to 3H correspond to the arrangement of the water-repellent layer in the example.
3 (c) to 3 (i), the water-repellent layer is formed on the inner surface of the connecting portion, in an annular region where the boundary position P with the boss portion is the inner peripheral end and the first position Q1 is the outer peripheral end. did. In addition, in FIGS. 3D to 3I, the water-repellent layer is formed in a cylindrical region having a height from the boundary position P to the second position Q2 on the outer peripheral wall surface of the boss.

図3(c)では、電池を組み立てた後のセパレータ4と連結部7cとの接触領域の位置関係を考慮し、第1位置Q1が、接触領域の外周側境界に位置するように撥水層を形成した。ボス部の外周壁面上には撥水層を形成しなかった。
図3(d)では、図3(c)と同様にして、第1位置Q1が、接触領域の外周側境界に位置するように撥水層を形成した。また、ボス部の外周壁面上にも撥水層を形成したが、第2位置Q2の高さH2は、第1位置の高さH1よりも高くした。
図3(e)では、電池を組み立てた後のセパレータ4と連結部7cとの接触領域の位置関係を考慮し、第1位置Q1が、接触領域よりも内周側に位置するように撥水層を形成した。第1位置Q1と接触領域との離間距離は、1.1mmとなるようにした。また、ボス部の外周壁面上にも撥水層を形成し、第2位置Q2の高さH2は、第1位置の高さH1と同等とした。
In FIG. 3 (c), in consideration of the positional relationship of the contact area between the separator 4 and the connecting portion 7c after the battery is assembled, the water-repellent layer is set so that the first position Q1 is located on the outer boundary of the contact area. Was formed. No water-repellent layer was formed on the outer peripheral wall surface of the boss.
In FIG. 3D, the water-repellent layer is formed in the same manner as in FIG. 3C so that the first position Q1 is located at the outer peripheral boundary of the contact area. Further, a water-repellent layer was also formed on the outer peripheral wall surface of the boss portion, but the height H2 at the second position Q2 was higher than the height H1 at the first position.
In FIG. 3 (e), considering the positional relationship of the contact area between the separator 4 and the connecting portion 7c after assembling the battery, the first position Q1 is located on the inner peripheral side of the contact area. A layer was formed. The distance between the first position Q1 and the contact area was set to 1.1 mm. A water-repellent layer was also formed on the outer peripheral wall surface of the boss, and the height H2 at the second position Q2 was equal to the height H1 at the first position.

図3(f)では、図3(e)と同様、第1位置Q1が、接触領域よりも内周側に位置するように撥水層を形成した。第1位置Q1と接触領域との離間距離は、1.0mmとなるようにした。また、ボス部の外周壁面上にも撥水層を形成し、第2位置Q2の高さH2は、第1位置の高さH1と同等とした。
図3(g)では、図3(d)と同様、第1位置Q1が、接触領域の外周側境界に位置するように撥水層を形成した。また、ボス部の外周壁面上にも撥水層を形成し、第2位置Q2の高さH2は、第1位置の高さH1と同等とした。
図3(h)では、図3(g)において、第2位置Q2の高さH2を第1位置Q1の高さH1よりも低い位置に変更し、撥水層をボス部の外周壁面の全面に形成した。
In FIG. 3F, as in FIG. 3E, the water-repellent layer is formed such that the first position Q1 is located on the inner peripheral side of the contact area. The distance between the first position Q1 and the contact area was set to 1.0 mm. A water-repellent layer was also formed on the outer peripheral wall surface of the boss, and the height H2 at the second position Q2 was equal to the height H1 at the first position.
In FIG. 3G, as in FIG. 3D, the water-repellent layer is formed such that the first position Q1 is located on the outer peripheral boundary of the contact region. A water-repellent layer was also formed on the outer peripheral wall surface of the boss, and the height H2 at the second position Q2 was equal to the height H1 at the first position.
In FIG. 3H, in FIG. 3G, the height H2 of the second position Q2 is changed to a position lower than the height H1 of the first position Q1, and the water-repellent layer is formed on the entire outer peripheral wall surface of the boss portion. Formed.

図3(i)では、図3(h)において、第1位置Q1が、セパレータとの接触領域よりも外周側に位置するように撥水層を形成した。第1位置Q1と接触領域との離間距離は、0.5mmとなるようにした。
図3(j)では、撥水層を、ガスケットの内表面の全面に形成した。
In FIG. 3 (i), the water-repellent layer is formed such that the first position Q1 is located on the outer peripheral side of the contact area with the separator in FIG. 3 (h). The distance between the first position Q1 and the contact area was set to 0.5 mm.
In FIG. 3 (j), the water-repellent layer was formed on the entire inner surface of the gasket.

表1に、漏液率の評価結果を示す。表1より、下記の条件(1)〜(3)を満たす場合に、漏液が抑制されることが分かる。   Table 1 shows the evaluation results of the liquid leakage rate. From Table 1, it can be seen that when the following conditions (1) to (3) are satisfied, liquid leakage is suppressed.

(1)撥水層を、連結部内表面の第1位置Q1を外周端とする内周部に形成し、第1位置Q1を、連結部とセパレータとの接触領域上あるいは接触領域との離間距離が1mm以内の接触領域より内周側の位置とする。
(2)第2位置Q2の高さH2が、第1位置Q1の高さH1以下である。これは、(1)と併せると、高さH1以上のガスケットの内表面には撥水層が形成されていることを意味する。
(3)撥水層の接触角θが、ガスケットの接触角θよりも大きい。
(1) The water-repellent layer is formed on the inner peripheral portion of the inner surface of the connecting portion having the first position Q1 as the outer peripheral end, and the first position Q1 is set on the contact region between the connecting portion and the separator or the separation distance between the contact region and the separator. Is a position on the inner peripheral side of the contact area within 1 mm.
(2) The height H2 of the second position Q2 is equal to or less than the height H1 of the first position Q1. This means that a water-repellent layer is formed on the inner surface of the gasket having the height H1 or more when combined with (1).
(3) contact angle theta 1 of the water-repellent layer is greater than the contact angle theta 2 of the gasket.

表1において、撥水材にPTFEを用いた群同士を比較すると、上記条件(1)および(2)を満たす図3(f)〜図3(h)に示す領域に撥水層を形成した場合に、漏液率の顕著な改善が見られた。条件(1)のみを満たす図3(c)、図3(d)の撥水層の配置、および、条件(2)のみを満たす図3(e)、図3(i)の撥水層の配置では、撥水層を形成しない場合と比較すると若干の漏液の抑制効果が見られるものの、その効果は十分ではない。   In Table 1, a comparison between groups using PTFE as the water-repellent material shows that a water-repellent layer was formed in the regions shown in FIGS. 3F to 3H that satisfied the above conditions (1) and (2). In some cases, a noticeable improvement in the leak rate was seen. The arrangement of the water-repellent layer in FIGS. 3C and 3D satisfying only the condition (1) and the arrangement of the water-repellent layer in FIGS. 3E and 3I satisfying only the condition (2) In the arrangement, although a slight effect of suppressing liquid leakage is observed as compared with the case where the water-repellent layer is not formed, the effect is not sufficient.

撥水材に接触角θがガスケットの接触角θよりも大きく、90°未満のクロロスルホン化ポリエチレンを用いた例では、図3(f)および図3(g)の撥水層の配置において、30組中の1組において漏液が観測された。しかしながら、第2位置Q2の高さH2が第1位置Q1の高さH1よりも低くなるように、図3(h)に示す配置でボス部の外周壁面の撥水層を形成した場合、漏液は観測されなかった。 The contact angle theta 1 to the water repellent material is greater than the contact angle theta 2 of the gasket, in the example using the less than 90 ° chlorosulfonated polyethylene, the arrangement of the water-repellent layer shown in FIG. 3 (f) and FIG. 3 (g) , A liquid leak was observed in one of the 30 sets. However, when the water-repellent layer on the outer peripheral wall surface of the boss is formed in the arrangement shown in FIG. 3H so that the height H2 at the second position Q2 is lower than the height H1 at the first position Q1, No liquid was observed.

また、撥水材に接触角θが90°以上の材料を用いた場合、図3(f)〜図3(h)に示す撥水層の配置では、漏液は観測されなかった。 Further, when the contact angle theta 1 to the water-repellent material with 90 ° or more materials, in the arrangement of the water-repellent layer as shown in FIG. 3 (f) ~ FIG 3 (h), liquid leakage was observed.

Figure 2020021676
Figure 2020021676

本発明の実施形態に係るアルカリ乾電池は、過放電時の水素発生に伴う漏液を抑制できるため、種々の電子機器の電源として有用である。   The alkaline dry battery according to the embodiment of the present invention can be used as a power source for various electronic devices because it can suppress liquid leakage due to hydrogen generation during overdischarge.

1:電池ケース、2:正極、3:ゲル状負極、4:セパレータ、5:負極端子板、6:負極集電子、6a:鍔部、7:ガスケット、7a:ボス部、7b:外周部、7c:連結部、8:薄肉部、9:封口ユニット、10:外装ラベル、11、撥水層、100:アルカリ乾電池   1: battery case, 2: positive electrode, 3: gelled negative electrode, 4: separator, 5: negative electrode terminal plate, 6: negative electrode current collector, 6a: flange portion, 7: gasket, 7a: boss portion, 7b: outer peripheral portion, 7c: connecting part, 8: thin part, 9: sealing unit, 10: exterior label, 11, water-repellent layer, 100: alkaline battery

Claims (6)

開口を有する電池ケースと、
正極と、負極と、前記正極と前記負極の間に介在するセパレータと、を有し、前記電池ケース内に収容された発電要素と、
前記開口を封口する封口ユニットと、を備え、
前記封口ユニットは、負極端子板と、前記負極端子板に接合された負極集電子と、ガスケットと、を備え、
前記ガスケットは、前記負極集電子を貫通させるボス部と、前記電池ケースの開口端部に接する外周部と、前記ボス部と前記外周部とを連結する連結部とを備え、
前記連結部は、防爆機能を有する薄肉部を有し、
前記ガスケットの前記発電要素と対向する内表面に、撥水層が形成されており、
前記ガスケットの前記内表面は、前記撥水層が形成された第1領域と、前記撥水層が形成されていない第2領域を有し、
前記第1領域は、前記薄肉部の内表面を含み、且つ前記連結部における前記内表面上の第1位置Q1よりも内周側に位置し、
前記第2領域は、前記第1位置Q1よりも外周側に位置し、
前記第1位置Q1における前記電池ケースの底部を基準とした前記ボス部の軸方向における高さをH1としたとき、前記第1領域は、前記第1位置Q1よりも内周側に位置し、且つ、前記H1以上の高さに位置する領域を含み、
前記第1位置Q1は、前記連結部と前記セパレータとの前記内表面における接触領域S上に位置するか、または、前記第1位置Q1が前記接触領域Sより内周側に位置し且つ前記第1位置Q1と前記接触領域Sとの離間距離が1mm以内であり、
前記撥水層の水に対する接触角θが、前記ガスケットの水に対する接触角θよりも大きい、アルカリ乾電池。
A battery case having an opening;
A positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a power generation element housed in the battery case,
And a sealing unit for closing the opening,
The sealing unit includes a negative electrode terminal plate, a negative electrode current collector joined to the negative electrode terminal plate, and a gasket,
The gasket includes a boss portion through which the negative electrode current collector penetrates, an outer peripheral portion in contact with an opening end of the battery case, and a connecting portion that connects the boss portion and the outer peripheral portion,
The connecting portion has a thin portion having an explosion-proof function,
A water-repellent layer is formed on an inner surface of the gasket facing the power generation element,
The inner surface of the gasket has a first region where the water-repellent layer is formed, and a second region where the water-repellent layer is not formed,
The first region includes an inner surface of the thin portion, and is located on an inner peripheral side of a first position Q1 on the inner surface of the connecting portion,
The second region is located on the outer peripheral side of the first position Q1,
When the height in the axial direction of the boss portion with respect to the bottom portion of the battery case at the first position Q1 is H1, the first region is located on the inner peripheral side with respect to the first position Q1, And including a region located at a height equal to or higher than H1;
The first position Q1 is located on a contact region S on the inner surface between the connecting portion and the separator, or the first position Q1 is located on the inner peripheral side of the contact region S and the The distance between the one position Q1 and the contact area S is within 1 mm,
The contact angle theta 1 with respect to water of the water-repellent layer is greater than the contact angle theta 2 with respect to water of the gasket, alkaline batteries.
前記撥水層は、前記ボス部と前記連結部との境界位置Pから前記ボス部の外周壁面上の第2位置Q2までの高さの領域に渡って形成されており、
前記第2位置Q2における前記電池ケースの底部を基準とした前記ボス部の軸方向における高さH2が、前記H1よりも低い、請求項1に記載のアルカリ乾電池。
The water-repellent layer is formed over a region having a height from a boundary position P between the boss portion and the connection portion to a second position Q2 on an outer peripheral wall surface of the boss portion,
The alkaline dry battery according to claim 1, wherein a height H2 of the boss portion in the axial direction with respect to a bottom portion of the battery case at the second position Q2 is lower than the height H1.
前記接触角θが90°以上である、請求項1または2に記載のアルカリ乾電池。 The alkaline dry battery according to claim 1, wherein the contact angle θ 1 is 90 ° or more. 前記連結部の内周側よりも外周側が前記発電要素に近づくように、前記連結部が傾いている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルカリ乾電池。   The alkaline dry battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the connecting portion is inclined such that an outer circumferential side of the connecting portion approaches the power generating element from an inner circumferential side. 前記薄肉部は、前記連結部の前記ボス部に隣接する内周領域に設けられ、
前記連結部は、前記薄肉部において前記ボス部と接続している、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルカリ乾電池。
The thin portion is provided in an inner peripheral region of the connecting portion adjacent to the boss portion,
5. The alkaline dry battery according to claim 1, wherein the connecting portion is connected to the boss at the thin portion. 6.
前記連結部における前記内表面は、前記薄肉部により形成された凹部を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルカリ乾電池。   The alkaline dry battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the inner surface of the connecting portion has a concave portion formed by the thin portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021200440A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 三洋電機株式会社 Cylindrical battery

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